一、概論
量子是現(xiàn)代數(shù)學(xué)的重要概念，與精典化學(xué)有根本的區(qū)別，提供了全新的原理和思索形式。量子具有不確定性和不可檢測(cè)性，量子的世界不遵守精典數(shù)學(xué)學(xué)定理，因而人們對(duì)量子世界的探求存在好多困難。通過(guò)科學(xué)家的不斷探求，在量子信息研究領(lǐng)域有了許多的突破，其中形成了量子通訊這一新興技術(shù)。目前量子通訊主要有兩種應(yīng)用量子糾纏 通訊，一種是較為成熟的量子密碼通訊，一種是量子隱型傳送。2012年度諾貝爾化學(xué)學(xué)獎(jiǎng)，美國(guó)科學(xué)家塞爾日?阿羅什與英國(guó)科學(xué)家大衛(wèi)?維因蘭德實(shí)現(xiàn)了對(duì)單個(gè)原子的檢測(cè)和控制，阿羅什的工作是塑造出一個(gè)微波腔，依靠單個(gè)原子在微波腔中會(huì)幅射或吸收單個(gè)光子的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了操縱單個(gè)光子。而維因蘭德則制造出了一個(gè)離子阱，先用光來(lái)打動(dòng)離子，然后用激光冷卻離子，從而對(duì)離子進(jìn)行檢測(cè)和控制。量子估算和精密檢測(cè)有了弄成現(xiàn)實(shí)的可能性。
二、量子糾纏
空間是歐幾里德空間的一個(gè)推廣，不再局限于有限維，是一個(gè)完備的空間，其上所有的柯西序列等價(jià)于收斂序列，因而微積分中的大部份概念都可以無(wú)障礙地推廣到空間中。能用空間中的一個(gè)矢量表示的量子系也稱(chēng)為純態(tài)，反之，假如不是處于確定的態(tài)而是以某一種概率分布的，稱(chēng)之為混合態(tài)。一般量子比特表示為：|Ψ〉=α|0〉+β|1〉，|α|2+|β|2=1（疊加態(tài)方式）。兩個(gè)純態(tài)|Ψ1〉和|Ψ2〉的線性疊加所描述的量子態(tài)|Ψ〉=c1|Ψ1〉+c2|Ψ2〉對(duì)應(yīng)空間的一個(gè)矢量，也是一個(gè)純態(tài)。經(jīng)過(guò)檢測(cè)的量子態(tài)會(huì)坍縮到|0〉或|1〉，這個(gè)過(guò)程是不可逆的。這是二維空間中量子態(tài)的描述，類(lèi)似于三維球面上的一個(gè)點(diǎn)。在具有n個(gè)量子態(tài)的系統(tǒng)中，狀態(tài)空間由2n個(gè)基向量組成。在未對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行操作之前量子糾纏 通訊，量子態(tài)可能為2n中的一個(gè)，與精典儲(chǔ)存系統(tǒng)相比，量子系統(tǒng)能在某一時(shí)刻保持2n個(gè)狀態(tài)，因而量子系統(tǒng)具有更大的估算潛力。愛(ài)因斯坦不愿承認(rèn)并稱(chēng)之為“幽靈般的超距作用（nce）”的量子糾纏，指兩個(gè)互相獨(dú)立的粒子可以互相影響，對(duì)其中一個(gè)粒子進(jìn)行觀測(cè)可以即時(shí)地影響到其它粒子，無(wú)論它們之間的距離有多遠(yuǎn)。量子糾纏描述了量子子系統(tǒng)互相影響的現(xiàn)象，對(duì)一個(gè)子系統(tǒng)的檢測(cè)頓時(shí)影響了其他子系統(tǒng)的狀態(tài)。一個(gè)由|ΨA〉和|ΨB〉兩個(gè)子系統(tǒng)組成的復(fù)合系統(tǒng)|Ψ〉，假如可以表示為|ΨA〉×|ΨB〉，則|Ψ〉處于直積態(tài)，否則處于糾纏態(tài)。常見(jiàn)的糾纏態(tài)有：兩個(gè)粒子構(gòu)成的bell基，三個(gè)粒子構(gòu)成的GHZ態(tài)等。二粒子純態(tài)糾纏的研究最為建立，bell態(tài)是量子通訊中最基本的糾纏資源。處于bell態(tài)的兩個(gè)糾纏粒子稱(chēng)為EPR對(duì)。四維空間中的正交完備基稱(chēng)為bell基。在量子通訊中，最常用的檢測(cè)方式是bell基檢測(cè)。
三、量子糾纏的應(yīng)用
目前量子通訊的兩種主要方法：量子密碼通訊和隱型傳送。量子密碼或量子秘鑰分配是借助了觀測(cè)通常會(huì)干擾被觀測(cè)系統(tǒng)的量子熱學(xué)原理來(lái)實(shí)現(xiàn)的。量子的不可分割性和量子態(tài)的不可復(fù)制性保證了信息的不可監(jiān)聽(tīng)和破解，從而實(shí)現(xiàn)根本上、永久性解決信息安全問(wèn)題的目標(biāo)。量子隱型傳態(tài)需構(gòu)建在精典化學(xué)信道的基礎(chǔ)上就能實(shí)現(xiàn)。在研究量子領(lǐng)域初期，人們最感興趣的一個(gè)問(wèn)題是能夠借助量子糾纏實(shí)現(xiàn)超光速通訊，這個(gè)問(wèn)題的答案是否定的，緣由在于量子的不可克隆性，僅借助量子糾纏系統(tǒng)未能傳遞具體信息，要將原量子態(tài)的全部信息提取下來(lái)，需分別按照其精典信息和量子信息來(lái)構(gòu)造，因而未能實(shí)現(xiàn)頓時(shí)傳輸。量子隱型傳態(tài)借助量子糾纏態(tài)作為通道,借助量子作為載體,把信息從一個(gè)地方傳遞到另一個(gè)地方。量子隱型傳態(tài)的任務(wù)可以簡(jiǎn)單地描述為：假定存在一對(duì)共享的量子比特為A、B，借助A、B來(lái)傳送量子態(tài)C。將A、B分別放在系統(tǒng)的兩端，現(xiàn)將量子比特A和C作幺正變換，檢測(cè)后得到兩個(gè)精典量子比特的信息，在這個(gè)過(guò)程中兩個(gè)量子比特被破壞。量子比特B現(xiàn)今包含了關(guān)于C的信息，但觀測(cè)者仍未能得到C的任何信息，量子比特B處于四個(gè)任意的量子態(tài)之一。現(xiàn)今需通過(guò)精典通訊通道將A的檢測(cè)結(jié)果發(fā)送到B端，按照A的檢測(cè)結(jié)果，對(duì)B作相應(yīng)的幺正變換,此時(shí)量子比特B的狀態(tài)變?yōu)镃，實(shí)現(xiàn)了量子態(tài)的傳送。
四、量子通訊技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)況
理想量子通訊與傳統(tǒng)通訊相比，有著安全、無(wú)障礙通訊等優(yōu)勢(shì)，但目前仍無(wú)法實(shí)現(xiàn)，量子檢測(cè)、量子態(tài)的控制仍在不斷建立，基于糾纏的量子隱型傳態(tài)形式仍處在實(shí)驗(yàn)室階段。2012年6月，潘建偉團(tuán)隊(duì)在國(guó)際上首次成功實(shí)現(xiàn)百公里量級(jí)的自由空間量子隱型傳態(tài)和糾纏分發(fā)，為發(fā)射全球首顆“量子通信衛(wèi)星”奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。2016年8月16日，中國(guó)國(guó)成功發(fā)射全球首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號(hào)”，標(biāo)志著中國(guó)在量子通訊領(lǐng)域又邁出重要一步。“墨子號(hào)”的主要科學(xué)目標(biāo)是利用衛(wèi)星平臺(tái)，進(jìn)行星地高速量子秘鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行廣域量子秘鑰網(wǎng)路實(shí)驗(yàn)，以期在空間量子通訊實(shí)用化方面取得重大突破。并在空間尺度進(jìn)行量子糾纏分發(fā)和量子隱型傳態(tài)實(shí)驗(yàn)，舉辦空間尺度量子力學(xué)完備性檢驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)研究。量子技術(shù)的迅速發(fā)展，喻示著量子科技的無(wú)線前景，將給人類(lèi)生活和生產(chǎn)帶來(lái)革命性的成果，對(duì)國(guó)防、對(duì)經(jīng)濟(jì)有著重要影響。因而，我們應(yīng)推動(dòng)量子通訊技術(shù)實(shí)用化進(jìn)程，在國(guó)際技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)中搶占有利地位。